電感耦合等離子體發射光譜法測定豆干中鋁的不確定度

李波平，劉青，陳文銳，劉艷艷，盧麗，詹業添

廣州海關，廣東省動植物與食品進出口技術措施研究重點實驗室（廣州 510623）

豆干主要由大豆制作而成，含豐富的鈣、磷、鐵等礦物元素和維生素B1、B2，其蛋白質含量也高于其他蔬菜，是人體重要的優質蛋白質來源。豆干可作為烹飪佳肴，也可作為方便小零食，備受人們喜愛。但由于在生產加工過程中可能使用鋁添加劑用作膨松劑、穩定劑等，如硫酸鋁鉀（又名鉀明礬）、硫酸鋁銨（又名銨明礬），導致鋁殘留；加工生產機械也可能引入鋁元素，因此豆干中存在鋁含量超標的風險。

過量的鋁會對人體的神經、骨骼等多系統造成毒副作用[1-3]，聯合國糧農組織和世界衛生組織（FAO/WHO）規定成年人每周允許攝入鋁（tolerable weekly intake，PTWI）為7 mg/（kg·BW）[4]。中國質量新聞網訊近日報道廣東市場監督管理局公布的2023年第2期食品抽檢信息中有多批豆制品中鋁不符合GB 2760—2014《食品安全國家標準 食品添加劑使用標準》[5]規定，標準中明確規定含鋁添加劑在豆類制品中的鋁殘留量不超過100 mg/kg（干樣品，以Al計）。實驗室在2022—2023年市場監督抽檢樣品中發現多批豆干中鋁含量較高，甚至超出限量要求。

依據GB 5009.182—2017《食品安全國家標準 食品中鋁的測定》[6]，鋁含量測定主要有分光光度法、電感耦合等離子體質譜法（ICP-MS）、電感耦合等離子體發射光譜法（ICP-OES）與石墨爐原子吸收光譜法。徐沖等[7]闡述各方法的優劣。有ICP-MS法測定豆制品中鋁含量的不確定度報道[8]，也有ICP-OES法測定其他食品中鋁含量的不確定度[7,9-11]，但ICP-OES法測定豆干中鋁含量的不確定度還未見報道。試驗根據JJF 1059.1—2012《測量不確定度評定與表示》[12]評估該方法的不確定度并分析關鍵影響元素，為實驗室監督抽查工作的質量控制提供技術支持。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

豆制品（五香豆干，廣州市場監督抽查）。

濃硝酸（UP級，質量分數68%，蘇州晶瑞化學股份有限公司）；超純水（電阻率＞18.2 MΩ·cm，法國Milli-Q超純水器制備）；鋁單元素標準溶液（GSB 04-1713-2004，1000 μg/mL，國家有色金屬及電子材料分析測試中心）。

玻璃皿；消化管（均為石英材質）。

1.2 儀器與設備

Pro Blends 5勻漿機（飛利浦公司）；MS 303TS/02型電子天平（美國梅特勒-托利多公司）；Milstone 超級微波消解儀（意大利Milestone公司）；Milli-Q超純水系統（Millipore公司）；Optima 5300電感耦合等離子體發射光譜儀（美國PE公司）。

1.3 試驗方法

1.3.1 標準溶液的配制

精密移取5.00 mL鋁標準溶液（1000 μg/mL）于50 mL容量瓶中，用5%（質量分數，下同）硝酸溶液稀釋并定容，得100 μg/mL鋁標準儲備液。分別移取0，0.10，0.50，1.0，3.0和5.0 mL鋁標準儲備液于100 mL容量瓶中，用5%硝酸溶液稀釋至標線，得到鋁質量濃度分別為0，0.1，0.5，1.0，3.0和5.0 μg/mL的鋁系列標準工作溶液。

1.3.2 樣品前處理

稱取約30 g剪碎的樣品，置85 ℃恒溫干燥箱中干燥4 h，冷卻后研磨粉碎均勻，備用。準確稱取0.5 g烘干后的樣品（精確至0.001 g）于15 mL消解管中，加入3 mL濃硝酸，加蓋放置1 h后放入超級微波消解儀中，按照優化后的升溫程序（見表1）進行消解。消解完畢冷卻后取出，并用少量超純水多次洗滌消解管，轉移至25 mL容量瓶中，用超純水稀釋至刻度，混勻備用，同時制備試劑空白。

表1 超級微波消解升溫程序

1.3.3 樣品測定

ICP-OES儀器工作參數：分析譜線396.1 nm；高頻發射器輸出功率1.3 kW；輔助氣流量0.2 L/min；等離子體流量15 L/min；霧化氣流量0.65 L/min。

1.3.4 精密度與加標回收率

準確稱取12份0.5011 g豆干，其中6份做精密度試驗，另外6份分為2組，分別添加2個濃度水平的鋁標準溶液，每個濃度水平做3個平行。采用超級微波消解-電感耦合等離子體發射光譜法進行鋁的測定，計算加標回收率與精密度。

2 數學模型及測量不確定度來源分析

2.1 數學模型

試樣中待測元素含量按式（1）計算。

式中：Χ為試樣中待測元素含量，mg/kg；ρ1為試樣溶液中被測元素質量濃度，mg/L；ρ0為空白溶液中被測元素質量濃度，mg/L；V為試樣消化液的定容體積，mL；f為試樣稀釋倍數；m為試樣稱樣量，g；結果保留3位有效數字。

2.2 測量不確定度來源

根據檢驗過程和數學模型可知，試驗測量結果的不確定度來源[12-13]：樣品稱量時天平引入的不確定度、樣品消解后定容和稀釋引入的不確定度、標準物質的純度、標準工作溶液的配制引入的不確定度、標準曲線擬合引入的不確定度、樣品測量重復性以及回收率引入的不確定度。

3 測量不確定度分量的量化

3.1 樣品稱量引入的不確定度urel (m)

由稱量引入的不確定度主要來自于天平，采用B類方法評定，根據感量0.1 mg天平校準證書，示值誤差為±0.1 mg，按矩形分布考慮，包含因子k=，則標準不確定度u1(m)=0.1/k=0.0577 mg。

根據天平校準證書，天平重復性標準偏差為0.05 mg，則天平測量重復性引入的標準不確定度u2(m)=0.5/k=0.0289 mg。

稱量樣品的質量為0.500 g左右，精確至0.1 mg，樣品質量由2次稱量（一次空盤清零，一次稱樣）所得，故樣品稱量引入的標準不確定度u(m)=

樣品稱量引入的相對標準不確定度urel(m)=u(m)/m=0.0913/0.5000=0.000183。

3.2 樣品定容體積引入的不確定度urel(V)

3.2.1 容量瓶容量校準引入的不確定度u1(V)

樣品和空白樣品經過消解后都定容于25 mL容量瓶中，依據JJG 196—2006《常用玻璃量器檢定規程》[14]的規定，20 ℃時25 mL（A級）容量瓶的容量允差為±0.03 mL，按矩形分布考慮，包含因子k=，容量瓶化約±3 ℃，按矩形分布考慮，包含因子k=，容量瓶溫度變化引入的標準不確定度u2(V)=25×2.1×10-4×3/k=0.00909 mL。

3.2.3 估讀誤差引入的不確定度u3(V)

用純水對25 mL容量瓶進行10次定容，稱量每次定容后純水的質量，計算出10次稱量結果的標準偏差為0.0299 mL，按A類不確定度評定，則容量瓶估讀誤差引入的標準不確定度u3(V)=0.0299/=0.00946 mL。

則樣品定容過程引入的相對標準不確定度urel(V)=

3.3 標準物質引入的不確定度urel(std)

3.3.1 標準溶液引入的相對標準不確定度urel(std)

鋁標準溶液質量濃度1000 mg/L，標準證書給出的相對擴展不確定度為0.7%（k=2），故標準溶液的相對標準不確定度urel（鋁）=0.70%/k=0.0035。

3.3.2 標準溶液稀釋過程引入的相對不確定度urel(SV)

標準溶液稀釋使用50 mL和100 mL容量瓶，根據JJ 196—2006《常用玻璃量器檢定規程》[14]規定，20℃時50 mL容量瓶和100 mL容量瓶（A級）容量允差分別為±0.05 mL和±0.1 mL，按矩形分布，k=，則50 mL和100 mL容量瓶（A級）容量引入的標準不確定度分別為u1(SV50)=0.05 mL/k=0.0289 mL，及u1(SV100)=0.1 mL/k=0.05777 mL。

3.3.3 移液器引入的相對不確定度urel(V)′

依據 JJG 646—2006《移液器》[15]，移液器引入的不確定（k=）如表2所示。

表2 移液器在配制工作曲線中引入的不確定度

移液器引入的相對不確定度為

試驗過程中，試驗溫度與檢定校準的溫度一致，因此，在移液槍使用過程中溫度引起移液槍吸入液體體積的變化忽略不計。

故標準溶液濃度及稀釋引入的不確定度為urel(std)=

3.4 校準曲線擬合引入的不確定度urel(L)

系列標準工作溶液每個濃度點重復測定3次，得到對應的響應值，用最小二乘法擬合得到曲線。標準工作溶液質量濃度、響應值及由標準曲線所得各標準工作溶液質量濃度測定值見表3。

表3 系列標準工作溶液測定結果

由表3數據計算得標準曲線的剩余標準偏差按式（2）計算，由標準曲線擬合帶來的標準不確定度按式（3）計算。

式中：b為斜率，100400；p為樣品測量次數，6份樣品，p=6；n為標準溶液的測量次數，每個點3次，測6個點，n=18；ρ為待測樣品濃度的平均值ρ=1.84 mg/L（由表4數據計算得出）；為標準溶液的平均濃度值，各標準液濃度值）。則由標準曲線擬合帶來的不確定度u(L)=

表4 樣品6次重復檢測結果

標準曲線校準帶來相對不確定度urel(L)=u(ρ)/=0.00891。

3.5 測定重復性帶來的不確定度urel( )

在重復性條件下，對樣品進行6 次獨立測試（n=6），精密度（SRSD）=1.26%。

樣品中鋁含量的算術平均值為ω=∑ωi/n=91.4 mg/kg。

單次測量的不確定度

3.6 樣品前處理引入的不確定度urel(R)

由于樣品消解、趕酸及測量過程會有元素損失或引入污染，試驗采用加標回收率驗證樣品處理的重復性，所以需要評定回收率引入的不確定度。試驗對鋁元素進行2個水平的加標回收檢驗，數據如表5所示。

表5 加標回收試驗結果

則回收率的相對不確定度為0.0064。

3.7 合成不確定度

各不確定度分量匯總如表6所示。

表6 相對不確定分量

合成相對不確定度

豆干中鋁含量為91.4 mg/kg，則測量不確定度u=91.4×0.041=3.74 mg/kg。取置信區間95%[11]，包含因子k=2，則擴展不確定度U=u×k=7 mg/kg。

4 結論

此次試驗所測定的精密度和回收率均符合GB/T 27404—2008[16]《實驗室質量控制規范 食品理化檢測》規定，表明測試結果可靠有效，豆干中鋁含量為91.4±7 mg/kg（k=2）。試驗過程中影響樣品測量不確定度的主要因素是標準物質本身和配制過程引入的不確定度，次要因素是回收率和標準曲線擬合引入的不確定度。因此，在實際操作中須加強主要因素的控制，可選擇合適的標準溶液，稀釋配制過程注意合理使用量具、樣品測定中優化前處理方法、控制標準系列工作曲線點數和濃度范圍，以減小測量的不確定度，保證測定結果的準確度和可靠性。